Πώς παράγεται η ηλεκτρική ενέργεια σε ένα θερμοηλεκτρικό σταθμό (CHP)

Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί χωρίζονται σε σταθμούς:

• ανάλογα με τον τύπο του κινητήρα πρόωσης — ατμοστρόβιλος, αεριοστρόβιλος, με κινητήρες εσωτερικής καύσης.

• ανά τύπο καυσίμου — με στερεό οργανικό καύσιμο (άνθρακας, καυσόξυλα, τύρφη), υγρό καύσιμο (πετρέλαιο, βενζίνη, κηροζίνη, καύσιμο ντίζελ), που λειτουργεί με αέριο.

Στις θερμοηλεκτρικές μονάδες, η ενέργεια του καυσίμου που καίγεται μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, η οποία χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του νερού στο λέβητα και την παραγωγή ατμού. Η ενέργεια ατμού οδηγεί έναν ατμοστρόβιλο συνδεδεμένο με μια γεννήτρια.

Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί στους οποίους ο ατμός χρησιμοποιείται εξ ολοκλήρου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ονομάζονται εργοστάσια συμπύκνωσης (CES). Το ισχυρό IES βρίσκεται κοντά σε περιοχές παραγωγής καυσίμων, απομακρυσμένες από καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας, επομένως η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται σε υψηλή τάση (220 — 750 kV). Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής κατασκευάζονται σε μπλοκ.

Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής συμπαραγωγής ή οι σταθμοί συνδυασμένης παραγωγής θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας (CHP) χρησιμοποιούνται ευρέως στις πόλεις.Σε αυτούς τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, ο ατμός που εξαντλείται εν μέρει στον στρόβιλο χρησιμοποιείται για τεχνολογικές ανάγκες, καθώς και για θέρμανση και ζεστό νερό σε οικιακές και κοινόχρηστες υπηρεσίες. Η ταυτόχρονη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας μειώνει το κόστος παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας σε σύγκριση με τη χωριστή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας.

Οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί χρησιμοποιούν τη θερμότητα που παράγεται από την καύση ορυκτών καυσίμων όπως πετρέλαιο, φυσικό αέριο, άνθρακας ή μαζούτ για να παράγουν μεγάλες ποσότητες ατμού υψηλής πίεσης από το νερό. Όπως μπορείτε να δείτε, ο ατμός εδώ, παρόλο που ενεργούσε ως ψυκτικό από την εποχή των ατμομηχανών, εξακολουθεί να είναι απόλυτα ικανός να περιστρέφει μια γεννήτρια στροβίλου.

Ο ατμός από το λέβητα τροφοδοτείται σε έναν στρόβιλο, με έναν άξονα συνδεδεμένο με μια τριφασική γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος. Η μηχανική ενέργεια της περιστροφής του στροβίλου μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια της γεννήτριας και μεταδίδεται στους καταναλωτές στην τάση της γεννήτριας ή στην τάση ανόδου μέσω μετασχηματιστών ανόδου.

Η πίεση του παρεχόμενου ατμού στον στρόβιλο είναι περίπου 23,5 MPa, ενώ η θερμοκρασία του μπορεί να φτάσει τους 560 ° C. Και το νερό χρησιμοποιείται σε θερμοηλεκτρικό σταθμό ακριβώς επειδή θερμαίνεται από τα ορυκτά οργανικά καύσιμα που είναι τυπικά για τέτοιες εγκαταστάσεις, των οποίων τα αποθέματα βρίσκονται στα βάθη του πλανήτη μας εξακολουθούν να είναι αρκετά μεγάλα, αν και δίνουν ένα τεράστιο μείον με τη μορφή επιβλαβών εκπομπών που μολύνουν το περιβάλλον.

Έτσι, ο περιστρεφόμενος ρότορας του στροβίλου συνδέεται εδώ με τον οπλισμό μιας γεννήτριας στροβίλου τεράστιας ισχύος (αρκετά μεγαβάτ) που παράγει τελικά ηλεκτρισμό σε αυτόν τον θερμοηλεκτρικό σταθμό.

Όσον αφορά την ενεργειακή απόδοση, οι θερμοηλεκτρικοί σταθμοί είναι γενικά τέτοιοι που η μετατροπή της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια πραγματοποιείται σε αυτούς με απόδοση περίπου 40%, ενώ πολύ μεγάλη ποσότητα θερμότητας στη χειρότερη περίπτωση απλώς ρίχνεται στο περιβάλλον και στη χειρότερη - στην καλύτερη περίπτωση, παρέχεται αμέσως στη θέρμανση και ζεστό νερό, την παροχή νερού στους κοντινούς καταναλωτές. Έτσι, εάν η θερμότητα που απελευθερώνεται σε ένα εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής χρησιμοποιείται αμέσως για παροχή θερμότητας, τότε η απόδοση μιας τέτοιας εγκατάστασης φθάνει γενικά το 80%, και ο σταθμός ονομάζεται μονάδα συνδυασμένης θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας ή TPP.

Ο πιο συνηθισμένος στρόβιλος γεννήτριας ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού περιέχει στον άξονά του πλήθος τροχών με πτερύγια χωρισμένα σε δύο ξεχωριστές ομάδες. Ο ατμός υπό την υψηλότερη πίεση, αυτός που εκκενώνεται από το λέβητα, εισέρχεται αμέσως στη διαδρομή ροής του σετ γεννήτριας, όπου περιστρέφει το πρώτο σετ πτερυγίων πτερυγίων. Επιπλέον, ο ίδιος ατμός θερμαίνεται περαιτέρω σε έναν θερμαντήρα ατμού, μετά τον οποίο εισέρχεται στη δεύτερη ομάδα τροχών που λειτουργούν με χαμηλότερη πίεση ατμού.

Ως αποτέλεσμα, ο στρόβιλος, συνδεδεμένος απευθείας με τον ρότορα της γεννήτριας, κάνει 50 στροφές ανά δευτερόλεπτο (το μαγνητικό πεδίο του οπλισμού, το οποίο διασχίζει την περιέλιξη του στάτη της γεννήτριας, περιστρέφεται επίσης με την αντίστοιχη συχνότητα). Για την αποφυγή υπερθέρμανσης της γεννήτριας κατά τη λειτουργία, ο σταθμός διαθέτει σύστημα ψύξης για τη γεννήτρια που την εμποδίζει να υπερθερμανθεί.

Στο εσωτερικό του λέβητα ενός θερμοηλεκτρικού σταθμού τοποθετείται καυστήρας, στον οποίο καίγεται το καύσιμο, σχηματίζοντας φλόγα υψηλής θερμοκρασίας. Για παράδειγμα, η σκόνη άνθρακα μπορεί να καεί με οξυγόνο.Η φλόγα καλύπτει μια μεγάλη περιοχή ενός σωλήνα με πολύπλοκη διαμόρφωση με νερό που περνά μέσα από αυτό, το οποίο, όταν θερμαίνεται, γίνεται ατμός που διαφεύγει προς τα έξω υπό υψηλή πίεση.

Οι υδρατμοί που ρέουν υπό υψηλή πίεση τροφοδοτούνται στα πτερύγια του στροβίλου, μεταφέροντας τη μηχανική του ενέργεια σε αυτόν. Ο στρόβιλος περιστρέφεται και η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Ξεπερνώντας το σύστημα των πτερυγίων του στροβίλου, ο ατμός κατευθύνεται στον συμπυκνωτή, όπου πέφτοντας στους σωλήνες με κρύο νερό, συμπυκνώνεται, δηλαδή γίνεται πάλι υγρό - νερό. Ένας τέτοιος θερμοηλεκτρικός σταθμός ονομάζεται μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συμπύκνωσης (CES).

Οι σταθμοί συνδυασμένης θερμότητας και ηλεκτροπαραγωγής (CHP), σε αντίθεση με τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής συμπύκνωσης (CES), περιέχουν ένα σύστημα εξαγωγής θερμότητας από τον ατμό αφού περάσει από τον στρόβιλο και ήδη συμβάλει στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο ατμός λαμβάνεται με διαφορετικές παραμέτρους, οι οποίες εξαρτώνται από τον τύπο της συγκεκριμένης τουρμπίνας, και ρυθμίζεται επίσης η ποσότητα ατμού που λαμβάνεται από τον στρόβιλο. Ο ατμός που λαμβάνεται για την παραγωγή θερμότητας συμπυκνώνεται στους λέβητες του δικτύου, όπου δίνει την ενέργειά του στο νερό του δικτύου και το νερό αντλείται στους λέβητες ζεστού νερού αιχμής και στα σημεία θέρμανσης. Επιπλέον, παρέχεται νερό στο σύστημα θέρμανσης.

Εάν είναι απαραίτητο, η εξαγωγή θερμότητας από τον ατμό στον θερμοηλεκτρικό σταθμό μπορεί να απενεργοποιηθεί εντελώς, τότε η μονάδα συνδυασμένης θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας θα γίνει ένα απλό IES. Έτσι, ο θερμοηλεκτρικός σταθμός μπορεί να λειτουργεί σε έναν από τους δύο τρόπους λειτουργίας: σε θερμική λειτουργία — όταν η προτεραιότητα είναι η παραγωγή θερμότητας, ή σε ηλεκτρική λειτουργία — όταν η προτεραιότητα είναι η ηλεκτρική ενέργεια, για παράδειγμα το καλοκαίρι.